第七章矢量控制技術

（VectorControl）馬昕北京化工大學計算機模擬與系統安全工程研究中心教育部化工安全工程研究中心國家安全生產監督管理總局危險化學品生產系統故障預防及監控基礎實驗室北京化工大學信息科學與技術學院第七章矢量控制技術

（VectorControl）馬2023/9/3第七章矢量控制技術2T型等效電路溫故而知新2023/8/3第七章矢量控制技術2T型等效電路溫故而知新2023/9/3第七章矢量控制技術3矢量控制技術由于建立動態模型過程中需用到坐標變換，而進行坐標變換的是代表磁動勢的電流空間矢量，所以這種控制方式被稱為矢量控制2023/8/3第七章矢量控制技術3矢量控制技術2023/9/3第七章矢量控制技術4主要內容異步電動機等效電路變換T型等效電路通用等效電路不對稱T型等效電路坐標變換矢量控制異步電動機數學模型基本方程

d-q軸理論狀態方程式電磁轉矩與運動方程式重點內容2023/8/3第七章矢量控制技術4主要內容異步電動機等效2023/9/3第七章矢量控制技術5主要內容矢量控制思路矢量控制類型直接型矢量控制間接型矢量控制矢量控制系統電流源驅動異步電動機矢量控制系統電壓源驅動異步電動機矢量控制系統帶有直流控制環的異步電動機矢量控制系統2023/8/3第七章矢量控制技術5主要內容矢量控制思路2023/9/3第七章矢量控制技術6一、異步電動機等效電路變換Ｔ型等效電路通用等效電路不對稱Ｔ型等效電路2023/8/3第七章矢量控制技術6一、異步電動機等效電路2023/9/3第七章矢量控制技術7１．Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換T型等效電路2023/8/3第七章矢量控制技術7１．Ｔ型等效電路異步電2023/9/3第七章矢量控制技術8１．Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術8１．Ｔ型等效電路異步電2023/9/3第七章矢量控制技術9１．Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術9１．Ｔ型等效電路異步電2023/9/3第七章矢量控制技術10１．Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術10１．Ｔ型等效電路異步2023/9/3第七章矢量控制技術11２．通用等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術11２．通用等效電路異步2023/9/3第七章矢量控制技術12２．通用等效電路異步電動機等效電路變換通用等效電路2023/8/3第七章矢量控制技術12２．通用等效電路異步2023/9/3第七章矢量控制技術13２．通用等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術13２．通用等效電路異步2023/9/3第七章矢量控制技術14結論：由于a為任意常數，異步電動機等效電路從理論上講不是唯一的，它可以有無數個由于定子側輸入阻抗不變，定子電流與a無關。即使a發生變化，定子電流也不會發生變化轉子電流與a有關，勵磁電流也隨a值變化而變動２．通用等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術14結論：２．通用等效電2023/9/3第七章矢量控制技術15T型等效電路的折算原則是保持電動機氣隙磁通恒定事實上可以考慮其它的折算原則：

保持轉子總磁通恒定（T-I型等效電路）辦法：在通用等效電路中選擇合適的a值２．通用等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術15T型等效電路的折算原2023/9/3第七章矢量控制技術16３．不對稱Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換通用等效電路2023/8/3第七章矢量控制技術16３．不對稱Ｔ型等效電2023/9/3第七章矢量控制技術17３．不對稱Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換矢量控制等效電路2023/8/3第七章矢量控制技術17３．不對稱Ｔ型等效電2023/9/3第七章矢量控制技術18二、坐標變換2023/8/3第七章矢量控制技術18二、坐標變換2023/9/3第七章矢量控制技術19二、坐標變換2023/8/3第七章矢量控制技術19二、坐標變換2023/9/3第七章矢量控制技術20三相繞組與二相繞組的軸線設定目標：將三相靜止坐標變換成二相靜止坐標2023/8/3第七章矢量控制技術20三相繞組與二相繞組的2023/9/3第七章矢量控制技術212023/8/3第七章矢量控制技術212023/9/3第七章矢量控制技術22目標：二相靜止坐標變換成二相旋轉坐標二相靜止坐標與旋轉坐標軸的設定2023/8/3第七章矢量控制技術22目標：二相靜止坐標變2023/9/3第七章矢量控制技術232023/8/3第七章矢量控制技術232023/9/3第七章矢量控制技術24目標：將三相靜止坐標變換成二相旋轉坐標2023/8/3第七章矢量控制技術24目標：將三相靜止坐標2023/9/3第七章矢量控制技術252023/8/3第七章矢量控制技術252023/9/3第七章矢量控制技術262023/8/3第七章矢量控制技術262023/9/3第七章矢量控制技術272023/8/3第七章矢量控制技術272023/9/3第七章矢量控制技術28二、坐標變換坐標系特點：靜止坐標系中的各物理量是交流量旋轉坐標系中的各物理量是直流量靜止坐標系包括二相靜止坐標系和三相靜止坐標系各物理量包括電壓、電流和磁鏈動畫演示2023/8/3第七章矢量控制技術28二、坐標變換坐標系特2023/9/3第七章矢量控制技術29三、矢量控制異步電動機數學模型二軸理論異步電動機的基本方程異步電動機的二軸理論異步電動機的狀態方程異步電動機的電磁轉矩異步電動機的運動方程式2023/8/3第七章矢量控制技術29三、矢量控制異步電動2023/9/3第七章矢量控制技術30在研究異步電動機數學模型時，作如下假設：三相繞組對稱，所產生的磁勢沿氣隙圓周正弦分布；忽略磁飽和，繞組自感和互感都是線性的；忽略鐵損耗的影響；無論是繞線式異步電動機還是鼠籠式異步電動機，均將其等效為繞線式轉子，并且折算到定子側，折算前后的每相匝數相等矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術30在研究異步電動機數學2023/9/3第七章矢量控制技術31二軸理論矢量控制異步電動機數學模型１．基本方程三相異步電動機的物理模型定子相電壓瞬時值定子電阻定子漏感定子等效電感定子自感2023/8/3第七章矢量控制技術31二軸理論矢量控制異步2023/9/3第七章矢量控制技術32１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術32１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術33１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術33１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術34１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術34１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術35１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術35１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術36１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術36１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術37１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術37１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術38２．d-q軸理論異步電動機坐標設定二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術38２．d-q軸理論異步2023/9/3第七章矢量控制技術39２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術39２．d-q軸理論二軸2023/9/3第七章矢量控制技術40２．d-q軸理論上述工作的目的就要實現了！將前面得到的磁鏈方程式和電壓方程式利用定子側和轉子側3φ/d-q變換公式進行坐標變換，可以得到異步電動機在d-q坐標系中的電壓方程式二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術40２．d-q軸理論上述2023/9/3第七章矢量控制技術41２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術41２．d-q軸理論二軸2023/9/3第七章矢量控制技術42２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術42２．d-q軸理論二軸2023/9/3第七章矢量控制技術43２．d-q軸理論矢量控制中最基本、最重要的公式Backto電壓源驅動矢量控制系統二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術43２．d-q軸理論矢量2023/9/3第七章矢量控制技術44２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術44２．d-q軸理論二軸2023/9/3第七章矢量控制技術45３．狀態方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術45３．狀態方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術46從磁場能量入手求取電磁轉矩４．電磁轉矩與運動方程式二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術46從磁場能量入手求取電2023/9/3第七章矢量控制技術47４．電磁轉矩與運動方程式二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2023/8/3第七章矢量控制技術47４．電磁轉矩與運動方2023/9/3第七章矢量控制技術48四、矢量控制思路電磁轉矩等效原理圖動畫演示2023/8/3第七章矢量控制技術48四、矢量控制思路電磁2023/9/3第七章矢量控制技術49四、矢量控制思路2023/8/3第七章矢量控制技術49四、矢量控制思路2023/9/3第七章矢量控制技術50等效交流電機繞組和直流電機繞組物理模型四、矢量控制思路2023/8/3第七章矢量控制技術50等效交流電機繞組和直2023/9/3第七章矢量控制技術51異步電動機坐標變換結構圖等效直流電機模型交流電動機四、矢量控制思路2023/8/3第七章矢量控制技術51異步電動機坐標變換結2023/9/3第七章矢量控制技術52四、矢量控制思路等效直流電機模型電流控制變頻器交流電動機控制器＋給定信號～－反饋信號矢量控制的基本思想：把異步電動機經過坐標變換等效成直流電動機，然后仿照直流電動機的控制方法進行控制器設計，再經過相應的反變換，就可以控制交流電動機了2023/8/3第七章矢量控制技術52四、矢量控制思路等效2023/9/3第七章矢量控制技術53五、矢量控制類型2023/8/3第七章矢量控制技術53五、矢量控制類型2023/9/3第七章矢量控制技術54１．直接型矢量控制定子回路轉子回路2023/8/3第七章矢量控制技術54１．直接型矢量控制定2023/9/3第七章矢量控制技術55１．直接型矢量控制2023/8/3第七章矢量控制技術55１．直接型矢量控制2023/9/3第七章矢量控制技術56１．直接型矢量控制2023/8/3第七章矢量控制技術56１．直接型矢量控制2023/9/3第七章矢量控制技術57１．直接型矢量控制直接型矢量控制的基本結構IM磁鏈仿真器電流模型2023/8/3第七章矢量控制技術57１．直接型矢量控制直2023/9/3第七章矢量控制技術58２．間接型矢量控制定子回路轉子回路2023/8/3第七章矢量控制技術58２．間接型矢量控制定2023/9/3第七章矢量控制技術59２．間接型矢量控制2023/8/3第七章矢量控制技術59２．間接型矢量控制2023/9/3第七章矢量控制技術60２．間接型矢量控制IM磁鏈仿真器電流模型＋＋＋間接型矢量控制的基本結構2023/8/3第七章矢量控制技術60２．間接型矢量控制I2023/9/3第七章矢量控制技術61勵磁電流轉矩電流２．間接型矢量控制變頻調速2023/8/3第七章矢量控制技術61勵磁電流轉矩電流２．2023/9/3第七章矢量控制技術62２．間接型矢量控制××－＋異步電動機矢量變換與解耦數學模型圖2023/8/3第七章矢量控制技術62２．間接型矢量控制×2023/9/3第七章矢量控制技術63六、矢量控制系統矢量控制系統(VectorControlSystem)：由于進行坐標變換的是代表磁動勢的電流空間矢量，所以這樣通過坐標變換實現的控制系統就叫做矢量控制系統(VCS)。下面所要討論的均是基于轉差頻率型矢量控制方案構成的矢量控制系統，可稱為轉差型矢量控制系統2023/8/3第七章矢量控制技術63六、矢量控制系統矢量2023/9/3第七章矢量控制技術64六、矢量控制系統2023/8/3第七章矢量控制技術64六、矢量控制系統2023/9/3第七章矢量控制技術651.電流源驅動異步電動機矢量控制系統IMPWM電壓型逆變器PG＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－PI＋＋－2023/8/3第七章矢量控制技術651.電流源驅動異步2023/9/3第七章矢量控制技術661.電流源驅動異步電動機矢量控制系統2023/8/3第七章矢量控制技術661.電流源驅動異步2023/9/3第七章矢量控制技術67２.電壓源驅動異步電動機矢量控制系統非干涉控制：定子電壓指令值可以直接由定子電流指令值計算得到d-q軸系下的電壓方程式2023/8/3第七章矢量控制技術67２.電壓源驅動異步2023/9/3第七章矢量控制技術68２.電壓源驅動異步電動機矢量控制系統IMPWM電壓型逆變器PG＋＋＋PI＋＋－非干涉控制2023/8/3第七章矢量控制技術68２.電壓源驅動異步2023/9/3第七章矢量控制技術693.帶有直流控制環的異步電動機矢量控制系統PWM電壓型逆變器PG＋＋＋PI＋＋－＋＋PIPI＋－＋－IM采用直流電流控制環的矢量控制系統的高速動態響應性能優于采用交流電流控制環的矢量控制系統2023/8/3第七章矢量控制技術693.帶有直流控制環2023/9/3第七章矢量控制技術70六、矢量控制系統2023/8/3第七章矢量控制技術70六、矢量控制系統2023/9/3第七章矢量控制技術71六、矢量控制系統2023/8/3第七章矢量控制技術71六、矢量控制系統2023/9/3第七章矢量